WO2015015060A1 - Bâtiment capteur - Google Patents

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WO2015015060A1
WO2015015060A1 PCT/FR2013/051829 FR2013051829W WO2015015060A1 WO 2015015060 A1 WO2015015060 A1 WO 2015015060A1 FR 2013051829 W FR2013051829 W FR 2013051829W WO 2015015060 A1 WO2015015060 A1 WO 2015015060A1
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WO
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deformations
deformation
optical fiber
measuring devices
measure
Prior art date
Application number
PCT/FR2013/051829
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English (en)
Inventor
Bernard Hodac
Original Assignee
Osmos Sa
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osmos Sa filed Critical Osmos Sa
Priority to PCT/FR2013/051829 priority Critical patent/WO2015015060A1/fr
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0033—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining damage, crack or wear
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0091—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by using electromagnetic excitation or detection

Definitions

  • the invention lies in the field of securing buildings. It applies in particular to the monitoring of internal and external stresses on a building. More specifically, the invention relates to a system for monitoring deformations of a structure, the system comprising a plurality of sensors. The invention also relates to an associated method.
  • the document WO 03/008926 describes a device for monitoring a structure, such as a building or a civil engineering work, equipped with sensors making it possible to measure deformations of different elements of the structure.
  • the monitoring device comprises means for analyzing the measurements as a function of data relating to the structure, and for making it possible to deduce a state of this structure.
  • the evolution of a deformation of an element of the structure can be compared to a predictive evolution of this element, and the result of this comparison can be displayed in a graphical form easily interpretable by the user for which is intended the result. It is also possible to monitor punctual or cyclical information, such as the number of times an element's deformation exceeds a certain threshold.
  • the deformation of the earth's crust also known as the earth's crust.
  • the deformation of the Earth's crust is mainly due to the movement of tectonic plates.
  • deformation of the Earth's crust may be due to natural phenomena, such as erosion and changes in groundwater levels, or to human factors, such as construction or variation the charge applied to the surface of the earth's crust.
  • the local deformation of the earth's crust may take the shape of a landslide or a collapse. Most often, the deformation of the earth's crust is not studied as such, but through the earthquakes it generates.
  • the document WO 03/008903 describes a seismic watch device comprising several measurement lines mechanically coupled to the earth's crust so as to locally follow its deformation.
  • the watch device further comprises processing means for deriving a stress level in the earth's crust from the deformations undergone by the different measurement lines.
  • a disadvantage of this device is that it aims to monitor areas covering an area of at least several tens of square kilometers. It is therefore not suitable for monitoring local deformations in the vicinity of a building to be monitored.
  • these deformations can be very localized, for example in the case of work carried out near the building, or an accidental effect such as the collapse of a nearby gallery.
  • the watch device requires drilling in the earth's crust to place the measurement lines.
  • drilling is expensive. It may also be impossible, for example in the presence of natural or artificial underground cavities.
  • the monitoring of the deformations of the earth's crust is all the more critical as buildings are located above an underground cavity.
  • the solutions of the prior art also have the disadvantage of dissociating the study of the internal causes of deformation of a building, that of the external causes of deformation. These causes are numerous.
  • the internal causes of deformation of a building are in particular its own weight, the application of permanent or variable overloads, the dynamic effects related to the exploitation of the building, and the own evolutions of the building (aging of the structures, modification of the structure related to its exploitation or use, evolutionary or latent pathology, etc.).
  • the causes of deformation external to the building may be due to the nearby environment (effects from surface soil, public works, fires or floods of neighboring buildings), or to the general building environment (climatic effects, seismic effects, effects from the deep).
  • the diversity and the multitude of these causes make it impossible for them to follow their individual follow-up, at least economically.
  • a fortiori, these deformation causes can not be monitored in a multitude of points of the building and its immediate environment.
  • An object of the invention is in particular to remedy all or some of the aforementioned drawbacks by proposing a monitoring system which makes it possible both to monitor the deformations of a building due to its near or less close environment (external causes), and those which are its own (internal causes), while allowing their distinction.
  • the monitoring system must be able to be installed simply and economically.
  • the monitoring system according to the invention must also be able to be installed without affecting the stability of buildings built on a soil sample. In this case, the system must be able to overcome the drilling.
  • a fundamental principle of the invention is to use a mechanically solid structure (a building) sought in particular by its support conditions to monitor the effects of the environment of this structure.
  • the structure is assumed to be intact, but may be subject to a potentially pathogenic environment.
  • the building is then equipped with a plurality of measuring devices arranged at monitoring points characteristic of the solicitation of the building. These monitoring points form a small sample of representative sections of the building. They can in particular be determined according to the geometry of the building, and in particular according to the symmetry of its foundations. The sampling then makes it possible to follow each of the factors soliciting the building.
  • the characteristic monitoring points of the building must be followed in a static and dynamic way, and the measurements made on these monitoring points must be synchronized with each other and stalled in time, in order to understand the factors requiring the building.
  • the building equipped with measuring devices makes it possible to monitor both the internal and external demands on the building. External solicitations include earthquake and seismic movements transmitted by the foundation floor of the building. These movements come from deep (geological voids, groundwater, etc.) or surface soil in the vicinity of the building (nearby excavations for example).
  • the building becomes a sensor of its environment and its own evolution. We speak of "sensor building". More specifically, the subject of the invention is a system for monitoring the deformations of a structure comprising a set of measurement devices and a measurement processing module.
  • the measuring devices are each able to measure deformations of an element belonging to the structure (building).
  • the processing module is able to analyze the measurements made by the different measuring devices at the same instant or during the same period of time, so as to determine, as a function of a possible correlation between the measurements, whether the deformations are due. to a cause internal to the structure or to an external cause.
  • the analysis of the different synchronized measurements makes it possible to determine whether the deformation of the elements is due to an internal stress on the structure, for example a change in the load applied to the structure, or to an external stress such as a deformation of the structure. soil, including the surface soil in the vicinity of the structure (foundation soil), and the subsoil.
  • deformations occurring on several elements of a structure are generally significant of an external cause, whereas the deformation of a single element rather reflects an internal cause.
  • the monitoring system can in particular establish a correlation between the different deformations by the respective nature of these deformations, namely a permanent deformation, evolutionary or vibratory, and by their magnitude.
  • the processing module can also use a modeling of the structure to analyze more finely the correlation between the deformations of the different elements of the same structure.
  • the measuring devices are installed on healthy structures, that is to say undergoing relatively few deformations due to aging.
  • the recorded deformations are then essentially representative of the deformations due to external causes.
  • the internal causes of deformation of the structure may include in particular a weight of the structure, an application of a load on the structure, a modification of the structure, and an aging of a material of a structural element.
  • the structure whose deformations are monitored is mechanically linked, usually at least by its foundations, to a soil sample.
  • the deformation of this soil sample may then constitute an external cause of deformation of the structure.
  • the structure makes it possible to follow the telluric movements of the foundation soil supporting the structure.
  • climatic conditions temperature, wind, humidity, etc.
  • the monitoring system can be installed on several separate structures. These different structures can be mechanically independent of each other, that is to say they do not include any structural element in common suppressing a degree of freedom between them. Of course, the structures remain mechanically linked through the foundation soil.
  • the monitoring system then makes it possible, in addition to determining the internal or external origin of the solicitation and its magnitude, to provide information on its extent.
  • An installation of the surveillance system on several structures is particularly well adapted to an urban environment. In fact, when several buildings in a district, a municipality or a community of agglomerations are monitored, the number of measuring devices to equip each building can be reduced, with each building benefiting from both local measures , and measures taken by its neighboring buildings.
  • Each measuring device comprises a measurement line making it possible at least to measure a deformation between the two ends of this line, or even to measure an accumulated deformation along the line of measured.
  • each measuring device comprises:
  • a light source capable of emitting a light signal at a first end of the optical fiber
  • Fiber optic measurement devices have many advantages, including reliability, durability, and the ability to perform measurements over distances of several meters at a relatively low cost.
  • each optical fiber is preferably prestressed in tension so as to measure a negative elongation of the element.
  • At least one optical fiber may be embedded in the element, the deformation of which is measured. The measuring device can thus be made invisible.
  • Each optical fiber embedded in an element can be mechanically coupled to this element so as to closely follow its deformations.
  • the detector of each measuring device can in particular be connected to the processing module by an optical transmission fiber or by wireless connection means. These transmission modes allow data transfer fast enough to consider that the data is exchanged simultaneously between the processing module and the different measuring devices.
  • the synchronization of the measurements can thus be carried out simply by sending a triggering instruction for a measurement common to all the measurement devices, and by analyzing the corresponding measurements received substantially simultaneously by the processing module. Two particular instants are considered to be substantially simultaneous if they have, for example, an offset of less than one second.
  • the measuring devices can be synchronized with each other.
  • the measurements made by the measuring devices can then be time stamped, and transmitted to the processing module without time constraint. In particular, measurements are not necessarily sent simultaneously.
  • the structure of which deformation is measured is for example a building.
  • at least one of the measuring devices is able to measure deformations of an element belonging to a frame of the structure.
  • At least one of the elements whose deformations are measured may have an elongate shape in a longitudinal direction, one of the measuring devices being able to measure deformations of this element in the longitudinal direction.
  • the measuring device can also measure the bending deformation of this element.
  • the measuring devices can be arranged so as to measure a deformation of a first element in a first direction, and a deformation of a second element in a second direction, not parallel to the first direction. The probability that no measuring device is solicited by a cause of external deformation is then reduced.
  • the measuring devices may also be arranged to measure, in addition, a deformation of a third element in a third direction, non-parallel and non-coplanar with the first and the second direction.
  • the monitoring system may include a larger number of measuring devices to corroborate the measurement results.
  • the invention also relates to a method capable of implementing the monitoring system according to the invention. The method comprises:
  • ⁇ a step of measuring the deformations of a plurality of elements belonging to a structure, the measurements being carried out by the various measuring devices at a same time or during the same period of time, and
  • the monitoring system according to the invention thus has the advantage of being able to monitor, at the same time, deformations of external origin to the structure, such as deformations of the surface soil or the depths, and deformations specific to the structure.
  • the monitoring system according to the invention makes it possible to ensure the security of the structure by providing synthetic information both on the state of this structure and on the stability of its environment.
  • FIG. 1 represents, by a block diagram, an example of a measuring device that can be used in a monitoring system according to the invention
  • FIG. 2 represents an example of a monitoring system according to the invention
  • FIG. 3 schematically shows an example of building on which is installed a monitoring system according to the invention
  • FIG. 4 represents, by a logic diagram, an example of steps of a method implementing the monitoring system of FIG. 3.
  • the embodiments described hereinafter being in no way limiting, it will be possible, in particular, to consider variants of the invention comprising only a selection of characteristics described, subsequently isolated from the other characteristics described (even if this selection is isolated within a sentence comprising these other characteristics), if this selection of characteristics is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the art.
  • This selection comprises at least one characteristic, preferably functional without structural details, or with only a part of the structural details if this part alone is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art .
  • FIG. 1 represents, by a block diagram, an example of a measuring device of a surveillance system according to the invention.
  • the measuring device 10 is able to measure deformations of an element of a structure. It comprises an optical fiber 1 1, a light source 12, and a detector 13. A first end of the optical fiber 1 1 is connected to the light source 12 by means of a first connector 14. A second end of the optical fiber 1 1 is connected to the detector 13 by means of a second connector 15.
  • the light source 12 is able to emit a light signal in the optical fiber January 1.
  • the detector 13 is able to receive the light signal at the second end of the optical fiber January 1, and measure a characteristic of this light signal that is representative of the length of the optical fiber January 1 between its two ends.
  • the measured characteristic is, for example, the amplitude of the light signal, or its duration of transmission between the two ends of the optical fiber 1 1.
  • An elongation of an optical fiber in fact generates an attenuation of the amplitude of the light signal transmitted by this optical fiber.
  • an elongation of an optical fiber implies a longer transmission time.
  • the optical fiber 1 1 In order to be able to capture a deformation of an element of a structure, the optical fiber 1 1 must be mechanically coupled with this element at least over part of its length.
  • the optical fiber 1 1 must be fixed at two points of the element, so as to include a stretch stretched between these two anchor points.
  • the optical fiber 1 1 is fixed on the element so that the section undergoes a prestressing tension.
  • the section undergoes a variation in length, in this case a contraction, even in the case where the deformation of the element involves a rimpedement of the two anchor points.
  • the optical fiber 1 1 may be prestressed over its entire length, that is to say between its end connected to the light source 12, and its end connected to the detector 13. In order to increase the sensitivity of the optical fiber 1 1, it is possible to arrange it so that it performs at least twice the path between the two anchor points. In other words, the optical fiber 1 1 may comprise several parallel stretched sections.
  • the light source 12 and the detector 13 can be united in the same physical module, as shown in FIG. Moreover, one of the physical ends of the optical fiber can be coupled to a reflector reflecting the light signal traveling through the optical fiber. The second physical end is then used both for transmitting and receiving the light signal.
  • the measuring device is at least able to measure a distance or a distance variation between two points of an element of a structure. It comprises for this purpose a measurement line acting as a sensitive element.
  • the measurement line may consist of an optical fiber, as in the example of Figure 1, or a resistive wire whose resistance varies depending on its length. It can also consist of an unguided light beam whose travel time is measured between two points.
  • the optical fiber With respect to the resistive wire, the optical fiber nevertheless has the advantage of allowing so-called instantaneous measurements, that is to say over a period much shorter than the duration of the phenomenon observed.
  • the duration considered corresponds to the duration of the period or the pseudo-period of this phenomenon.
  • a vibratory soil phenomenon typically has a period of the order of a tenth of a second to a few seconds.
  • the optical fiber Compared to an unguided light beam, the optical fiber has the advantage of being able to measure deformations of curved surfaces. In addition, no alignment is needed between the light source and the detector.
  • the optical fiber also has the advantage of allowing a measurement called "long base".
  • This expression means that the deformation of the element on which the optical fiber is installed is apprehended on a macroscopic scale over a distance of the order of one meter, the decameter or the hectometer, by cumulative capture of the local phenomena on a section of the element considered critical.
  • the measurement is thus representative of the overall deformation of the element.
  • the measurement in long base is opposed to a local or point measurement, for example obtained by a strain gauge or an inclinometer.
  • the optical fiber is thus a multi-criteria sensor.
  • the measuring device further comprises control means 16 and communication means 17.
  • the control means 16 make it possible to trigger a measurement by controlling the light source 12 and the detector 13. For each measurement, a light signal is emitted at the first end of the optical fiber 1 1, and a The characteristic of this light signal is measured by the detector 13.
  • the characteristic of the light signal can be measured over a very short time, for example less than one hundredth of a second. In this case we speak of instantaneous measurement. It can also be measured over a period of several seconds, or even continuously, to continuously monitor the deformation of the element. The element can then be tracked both statically and dynamically.
  • the measured characteristic for example the travel time or the amplitude of the light signal received by the detector 13, can be compared with a reference value or a reference signal, in order to determine the length or the variation in length of the optical fiber 1 1.
  • the comparison is performed by calculation means, for example integrated in the detector 13.
  • the communication means 17 allow data to be exchanged with an external device. In particular, they can be used to receive a trigger instruction for a measurement, and to send data relating to each measurement performed. It may be data relating to the measured characteristic of the light signal, or data relating to the result of comparison with a value or a reference signal. According to a particular embodiment, the sending of data is carried out only under certain conditions, for example when the measured characteristic crosses a predetermined threshold, representative of a critical deformation.
  • FIG. 2 represents an example of a monitoring system according to the invention.
  • the monitoring system 20 comprises a processing module 21 and a set of measuring devices 10A, 10B, 10C.
  • the processing module 21 comprises calculation means 21 1, and communication means 212.
  • Each measuring device 10A, 10B, 10C is able to measure deformations of an element of a structure.
  • the measuring devices 10A, 10B, 10C are installed so as to be able to measure deformations of elements belonging to the framework of the monitored structure. The security of a structure depends essentially on these elements.
  • these elements are generally those that are most influenced by external stresses, for example deformations of the soil. It is considered for the rest of the description that the measuring devices 10A, 10B, 10C comprise the same elements as the measuring device 10 described with reference to FIG.
  • the optical fiber 1 1A, 1 1 B, 1 1 C of each measuring device 10A, 10B, 10C is fixed to an element in two anchoring points 1 1 1 A and 1 12A, 1 1 1 B and 1 12B, and 1 1 1 C and 1 12C, respectively, so as to comprise two parallel stretched sections.
  • it is sought to identify and / or analyze a correlation between the measurements of different measuring devices. The measurements must be analyzed at the same time or over the same period of time.
  • Two times of measurement are considered identical or substantially simultaneous if they have an offset of less than one second, preferably less than 10 milliseconds.
  • the expression "same period of time” means that the time difference between two equivalent instants is very small compared with the phenomenon observed, for example of the order of one percent.
  • two periods of time ranging from an initial moment to an end time are considered identical if both the duration between the initial moment of the first period of time and the initial moment of the second period. of time, and the duration between the final instant of the first period of time and the final instant of the second period of time are very short compared to the observed phenomenon.
  • the particular instants of two periods of time are considered to be substantially simultaneous if they have an offset of less than one second, preferably less than 10 milliseconds.
  • the analysis of the different measurements at the same time or over the same period of time can in particular be performed by synchronizing the different measuring devices.
  • the measuring devices 10A, 10B, 10C can be synchronized with respect to the processing module 21 via the communication means 17A, 17B, 17C of the measurement devices 10A, 10B, 10C, and the communication means 212. of the processing module 21.
  • a trip instruction may be issued by the processing module 21, and received by each measuring device 10A, 10B, 10C.
  • the communication means 17A, 17B, 17C and 212 are then preferably wireless communication means or optical link communication means, in order to limit the time offsets between the times of reception of the triggering instruction by the different means of communication. measuring devices.
  • FIG. 3 schematically represents, in a perspective view, an example of a building on which a monitoring system according to the invention is installed.
  • the building 30 comprises vertical posts or pillars 31, a floor slab 32, a ceiling slab 33, and horizontal beams 34 mechanically connecting the pillars 31.
  • the slabs 32 and 33 rest on the pillars 31, themselves supported on flanges 35 extending in a horizontal plane.
  • the building 30 has a substantially parallelepipedal overall shape. Two flanges 35 then extend parallel to a first axis X of the horizontal plane, and two other flanges 35 extend parallel to a second axis Y of the horizontal plane, perpendicular to the first axis X.
  • the soles 35 are mechanically coupled to the ground, and more particularly to the surface soil.
  • mechanical coupling is meant a mechanical connection such that the soles 35 substantially follow the deformations of the soil.
  • the pillars 31, the floor slabs 32, 33, the beams 34 and the flanges 35 form elements of the frame of the building 30.
  • the building 30 is equipped with a monitoring system 40 comprising a processing module 21 and three measuring devices 41 A, 41 B and 41 C.
  • the optical fiber 41 1 A, 41 1 B, 41 1 C of each measuring device can be preloaded throughout its length between the respective light source 412A, 412B, 412C, and the respective detector 413A, 413B, 413C.
  • a first measuring device 41A is installed on a beam 34, the longitudinal axis of its optical fiber 41 1 A being oriented parallel to the axis X.
  • a second measuring device 41 B is installed on the floor slab 32, longitudinal axis of its optical fiber 41 1 B being oriented parallel to the axis Y.
  • the optical fibers 41 1 A and 41 1 B are disposed on a lower face of the beam 34 and the floor slab 32. They thus make it possible to follow deformation of these elements by bending under the effect of a force of gravity.
  • a third measuring device 41 C is installed on a pillar 31, the longitudinal axis of its optical fiber 41 1 C being oriented parallel to a third axis Z, perpendicular to the X and Y axes. arrangement of the optical fibers 41 1 A, 41 1 B, 41 1 C along three axes defining a direct reference can potentially monitor deformation of the building in the three directions of space.
  • the optical fibers 41 1 A, 41 1 B, 41 1 C are shown as being disposed on the surface of an element.
  • the optical fibers could nevertheless be embedded in an element.
  • the optical fiber 41 1 B could be embedded in the floor slab 32.
  • the optical fiber is preferably mechanically coupled to the element in which it is embedded, so as to follow closely the deformations of this element.
  • the monitoring system according to the invention could comprise a different number of measuring devices. In any case, it must include at least two measuring devices in order to be able to determine a possible correlation between the deformations of two distinct elements of the structure. These two elements define deformation tracking points. These monitoring points are preferably determined so as to perform a sampling of the building and / or the soil that one wishes to observe.
  • the measuring devices are arranged in the vicinity of the axis or axes of symmetry of a building.
  • the symmetry of a building is preferably taken into consideration in relation to the building footprint with the ground.
  • the measurement lines are advantageously arranged along the axis or axes of symmetry of the foundations of a building.
  • the measuring devices may be installed to measure the deformations of elements belonging to the same structure, or to distinct structures.
  • distinct structures is meant structures mechanically connected to each other only by the ground.
  • the monitoring system may for example include measuring devices installed on adjacent buildings, for example a plurality of buildings of a district in a municipality.
  • the devices of may also be installed on buildings belonging to different districts of a municipality.
  • the monitoring system comprises a mesh of measurement devices. This mesh can be more or less dense, more or less extensive, regular or not. It can also be enriched over time, thus providing results with greater accuracy and coverage.
  • the monitoring system makes it possible to identify a potential deformation of at least two elements of a structure. By analyzing the measurements made on these two elements at the same time or during the same period of time, it is possible to deduce the origin of the stresses that caused the deformation of the elements. In particular, when only one of the measured elements undergoes deformation at a given moment, it is probable that the origin of this deformation is internal to the structure comprising this element. In this case, the deformation can be due to a modification of the internal stresses, such as the loads supported by the structure, and / or to an evolution of the structure.
  • the structure can evolve due to aging of the materials, but also by a modification of its architecture, for example the removal of a load-bearing wall or the addition of a floor.
  • the internal stresses to the structure and the modifications of the structure are designated generically by the expression "internal causes”. Conversely, when several measured elements undergo a deformation at the same time, it is likely that the origin of these deformations is due to an external stress of the structure.
  • the external stresses are due in particular to the climatic conditions (wind, temperature, humidity, etc.), and to the deformation of the soil supporting the structure (foundation soil).
  • the ground can be deformed in depth and / or on the surface, or be subjected to vibrations, for example because of the proximity of a building site or a railway line.
  • the deformations of the soil may especially come from the depths, for example in the presence of geological voids or groundwater, or the vicinity of the structure, for example in the case of excavations near the structure.
  • the binary logic information presence of a deformation or absence of a deformation
  • the monitoring system can nevertheless perform a finer analysis and establish a correlation between the different deformations by the respective nature of these deformations, namely a permanent deformation, evolutionary or vibratory, as well as by their magnitude.
  • the measured elements undergo deformations of different magnitude and nature, it is likely that the origin of these deformations is internal to the structure comprising these elements.
  • the processing module of the monitoring system can resort to a modeling of the structure.
  • FIG. 4 represents, by a logic diagram, an example of steps of a method implementing the monitoring system according to the invention.
  • the processing module 21 sends a command to trigger a measurement.
  • This triggering instruction may notably contain data relating to the duration of the measurement to be performed.
  • the trip instruction is received by each of the measuring devices 41A, 41B, 41C in a step 52.
  • the light source 412A, 412B, 412C of each measuring device emits a light signal in the
  • the detectors 413A, 413B, 413C each receive a light signal, and measure a characteristic of this light signal.
  • the characteristic may be an amplitude of the light signal, or a transmission time of the light signal between the light source 412A, 412B, 412C and the respective detector 413A, 413B, 413C.
  • the light signal can be single frequency, spread over a frequency band, or be composed of several single frequency signals.
  • each optical fiber 41 1 A, 41 1 B, 41 1 C may be a monomode or multimode fiber.
  • the characteristic measured by each detector 413A, 413B, 413C can actually result from a combination of characteristics.
  • the characteristics measured by the different detectors 413A, 413B, 413C are sent to the processing module 21.
  • the different characteristics are then analyzed by the processing module 21 in a step 56 to determine whether the deformations of the different elements are correlated.
  • the correlation can be based on the number of deformed elements (one versus several elements), depending on the nature of the deformations, and / or the extent of the deformations.
  • the processing module 21 thus analyzes whether the various elements are deformed simultaneously due to an internal cause or a cause external to the building. External stress can result in particular from deformation of the soil sample on which the building is located.
  • Step 56 may also consist in determining, if necessary, the extent and / or the extent of the deformation of the soil.
  • the invention is not limited to the examples that have just been described and many adjustments can be made to these examples without departing from the scope of the invention.
  • the various features, shapes, variants and embodiments of the invention may be associated with each other in various combinations to the extent that they are not incompatible or exclusive of each other.

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Abstract

L'invention se situe dans le domaine de la sécurisation de bâtiments. Elle concerne un système de surveillance de déformations d'une structure comprenant une pluralité de capteurs. Le système de surveillance(40)selon l'invention comprend: un ensemble de dispositifs de mesure (41A, 41B, 41C) chacun apte à mesurer des déformations d'un élément (31, 32, 34) de la structure (30), et un module de traitement (21) apte à analyser les mesures réalisées par les différents dispositifs de mesure (41A, 41B, 41C) pendant une même période de temps, de manière à déterminer, en fonction d'une éventuelle corrélation entre les mesures, si les déformations sont dues à une cause interne ou à une cause externe à la structure.

Description

BÂTIMENT CAPTEUR
L'invention se situe dans le domaine de la sécurisation de bâtiments. Elle s'applique notamment à la surveillance des sollicitations internes et externes subies par un bâtiment. Plus précisément, l'invention concerne un système de surveillance de déformations d'une structure, le système comprenant une pluralité de capteurs. L'invention concerne aussi un procédé associé.
Dans le domaine de la sécurisation des bâtiments, par exemple un bâtiment d'habitation ou un bâtiment public, il est connu de mesurer et d'analyser les déformations de certains éléments de ces bâtiments afin de surveiller leur vieillissement et prévoir leur entretien. Le cas échéant, l'analyse des déformations peut conduire à décider d'une évacuation des personnes qui s'y trouvent. Par exemple, le document WO 03/008926 décrit un dispositif de surveillance d'une structure, telle qu'un bâtiment ou un ouvrage de génie civil, équipée de capteurs permettant de mesurer des déformations de différents éléments de la structure. Le dispositif de surveillance comprend des moyens pour analyser les mesures en fonction de données relatives à la structure, et pour permettre d'en déduire un état de cette structure. En particulier, l'évolution d'une déformation d'un élément de la structure peut être comparée à une évolution prévisionnelle de cet élément, et le résultat de cette comparaison peut être affiché sous une forme graphique facilement interprétable par l'utilisateur auquel est destiné le résultat. Il est également possible de surveiller des informations ponctuelles ou cycliques, comme le nombre de fois où la déformation d'un élément franchit un certain seuil.
D'autre part, et indépendamment de la surveillance du vieillissement d'un bâtiment, il est connu de surveiller la déformation de l'écorce terrestre, également appelée croûte terrestre. À l'échelle globale, la déformation de l'écorce terrestre est essentiellement due au mouvement des plaques tectoniques. À l'échelle locale, la déformation de l'écorce terrestre peut être due à des phénomènes naturels, tels que l'érosion et les variations du niveau des nappes phréatiques, ou à des facteurs humains, par exemple la réalisation de travaux ou la variation de la charge appliquée à la surface de l'écorce terrestre. La déformation locale de l'écorce terrestre peut par exemple prendre la forme d'un glissement de terrain ou d'un effondrement. Le plus souvent, la déformation de l'écorce terrestre n'est pas étudiée en tant que telle, mais au travers des séismes qu'elle génère. Si les mouvements ou les déformations de l'écorce terrestre sont localement empêchés, l'énergie qui les provoque s'accumule sous la forme de contraintes dans la portion concernée de l'écorce terrestre. La libération de ces contraintes est susceptible de générer des ondes mécaniques se propageant dans la croûte terrestre. Ce sont ces ondes mécaniques, communément appelées "séismes" ou "tremblements de terre", qui sont la plupart du temps analysées. La connaissance du fait qu'un bâtiment a subi un tremblement de terre est bien entendu une information importante à prendre en compte dans la surveillance d'un bâtiment, mais elle ne donne d'information ni sur la déformation de l'écorce terrestre, ni sur l'impact occasionné sur ce bâtiment. Ainsi, la surveillance de séismes ne permet de déduire ni la stabilité du sol sur lequel repose un bâtiment, ni sur l'état de ce bâtiment.
L'étude de la déformation de l'écorce terrestre est néanmoins possible. Par exemple, le document WO 03/008903 décrit un dispositif de veille sismique comprenant plusieurs lignes de mesure couplées mécaniquement à l'écorce terrestre de manière à suivre localement sa déformation. Le dispositif de veille comporte en outre des moyens de traitement permettant de déduire un niveau de contrainte dans l'écorce terrestre à partir des déformations subies par les différentes lignes de mesure. Un inconvénient de ce dispositif est qu'il vise à surveiller des zones couvrant une surface d'au moins plusieurs dizaines de kilomètres carrés. Il n'est donc pas adapté à la surveillance de déformations locales au voisinage d'un bâtiment à surveiller. Or, ces déformations peuvent être très localisées, par exemple dans le cas de travaux réalisés à proximité du bâtiment, ou d'un effet accidentel comme l'effondrement d'une galerie proche. En outre, le dispositif de veille nécessite de réaliser des forages dans l'écorce terrestre pour y placer les lignes de mesure. Or la réalisation de forages est coûteuse. Elle peut en outre s'avérer impossible, par exemple en présence de cavités souterraines naturelles ou artificielles. La surveillance des déformations de l'écorce terrestre est pourtant d'autant plus critique que des bâtiments se trouvent au-dessus d'une cavité souterraine. De manière générale, les solutions de l'art antérieur présentent en outre l'inconvénient de dissocier l'étude des causes internes de déformation d'un bâtiment, de celle des causes externes de déformation. Ces causes sont nombreuses. Les causes internes de déformation d'un bâtiment sont notamment son poids propre, l'application de surcharges permanentes ou variables, les effets dynamiques liés à l'exploitation du bâtiment, et les évolutions propres du bâtiment (vieillissement des structures, modification de la structure liée à son exploitation ou à son usage, pathologie évolutive ou latente, etc.). Les causes de déformation externes au bâtiment peuvent être dues à l'environnement proche (effets provenant du sol de surface, travaux publics, incendies ou inondations de bâtiments voisins), ou à l'environnement général du bâtiment (effets climatiques, effets sismiques, effets provenant du tréfond). La diversité et la multitude de ces causes rend inconcevable, au moins économiquement, leur suivi individuel. A fortiori, ces causes de déformation ne peuvent pas être surveillées en une multitude de points du bâtiment et de son environnement immédiat.
Un but de l'invention est notamment de remédier à tout ou partie des inconvénients précités en proposant un système de surveillance qui permette à la fois de surveiller les déformations d'un bâtiment dues à son environnement proche ou moins proche (causes externes), et celles qui lui sont propres (causes internes), tout en permettant leur distinction. Le système de surveillance doit pouvoir être installé de manière simple et économique. Le système de surveillance selon l'invention doit en outre pouvoir être installé sans affecter la stabilité de bâtiments construits sur un échantillon de sol. En l'occurrence, le système doit pouvoir s'affranchir de la réalisation de forages.
Un principe fondamental de l'invention consiste à utiliser une structure solide mécaniquement (un bâtiment) sollicitée notamment par ses conditions d'appui pour suivre les effets de l'environnement de cette structure. La structure est supposée intègre, mais peut être soumise à un environnement potentiellement pathogène. Le bâtiment est alors équipé d'une pluralité de dispositifs de mesure disposés en des points de suivi caractéristiques de la sollicitation du bâtiment. Ces points de suivi forment un échantillonnage réduit des sections représentatives du bâtiment. Ils peuvent notamment être déterminés en fonction de la géométrie du bâtiment, et en particulier selon la symétrie de ses fondations. L'échantillonnage permet alors de suivre chacun des facteurs sollicitant le bâtiment. Les points de suivi caractéristiques du bâtiment doivent être suivis de manière statique et dynamique, et les mesures réalisées sur ces points de suivi doivent être synchronisées entre elles et calées dans le temps, afin d'appréhender les facteurs sollicitant le bâtiment. Le bâtiment équipé de dispositifs de mesure permet de surveiller à la fois les sollicitations internes et externes au bâtiment. Les sollicitations externes comprennent notamment les mouvements telluriques et d'origine sismique transmis par le sol de fondation du bâtiment. Ces mouvements proviennent du tréfonds (vides géologiques, nappes phréatiques, etc.) ou du sol de surface au voisinage du bâtiment (fouilles avoisinantes par exemple). Le bâtiment devient un capteur de son environnement et de son évolution propre. On parle de "bâtiment capteur". Plus précisément, l'invention a pour objet un système de surveillance de déformations d'une structure comprenant un ensemble de dispositifs de mesure et un module de traitement des mesures. Les dispositifs de mesure sont chacun aptes à mesurer des déformations d'un élément appartenant à la structure (bâtiment). Le module de traitement est apte à analyser les mesures réalisées par les différents dispositifs de mesure à un même instant ou pendant une même période de temps, de manière à déterminer, en fonction d'une éventuelle corrélation entre les mesures, si les déformations sont dues à une cause interne à la structure ou à une cause externe. L'analyse des différentes mesures synchronisées permet en effet de déterminer si la déformation des éléments est due à une sollicitation interne à la structure, par exemple une modification de la charge appliquée sur la structure, ou à une sollicitation externe telle qu'une déformation du sol, notamment le sol de surface au voisinage de la structure (sol de fondation), et le tréfonds. En particulier, des déformations se produisant sur plusieurs éléments d'une structure sont généralement significatives d'une cause externe, alors que la déformation d'un seul élément reflète plutôt une cause interne. Le système de surveillance peut notamment établir une corrélation entre les différentes déformations par la nature respective de ces déformations, à savoir une déformation permanente, évolutive ou vibratoire, ainsi que par leur ampleur. Le module de traitement peut aussi recourir à une modélisation de la structure afin d'analyser plus finement la corrélation entre les déformations des différents éléments d'une même structure. De préférence, les dispositifs de mesure sont installés sur des structures saines, c'est-à-dire subissant relativement peu de déformations dues à leur vieillissement. Les déformations enregistrées sont alors essentiellement représentatives des déformations dues à des causes externes. Les causes internes de déformation de la structure peuvent notamment comprendre un poids propre de la structure, une application d'une charge sur la structure, une modification de la structure, et un vieillissement d'un matériau d'un élément de la structure. La structure dont on surveille les déformations est liée mécaniquement, en général au moins par ses fondations, à un échantillon de sol. La déformation de cet échantillon de sol (sol de surface ou échantillon de sol) peut alors constituer une cause externe de déformation de la structure. La structure permet de suivre les mouvements telluriques du sol de fondation supportant la structure. De même, des conditions climatiques (température, vent, humidité, etc.) peuvent aussi constituer des causes externes de déformation de la structure.
Le système de surveillance peut être installé sur plusieurs structures distinctes. Ces différentes structures peuvent être indépendantes mécaniquement l'une de l'autre, c'est-à-dire qu'elles ne comportent aucun élément structurel en commun supprimant un degré de liberté entre elles. Bien entendu, les structures restent liées mécaniquement par l'intermédiaire du sol de fondation. Le système de surveillance permet alors, en plus de déterminer l'origine interne ou externe de la sollicitation ainsi que son ampleur, de renseigner sur son étendue. Une installation du système de surveillance sur plusieurs structures est particulièrement bien adaptée à un environnement urbain. En effet, lorsque plusieurs bâtiments d'un quartier, d'une commune ou d'une communauté d'agglomérations sont surveillés, le nombre de dispositifs de mesure devant équiper chaque bâtiment peut être réduit, chaque bâtiment bénéficiant à la fois des mesures prises localement, et des mesures prises par ses bâtiments voisins.
Chaque dispositif de mesure comprend une ligne de mesure permettant au moins de mesurer une déformation entre les deux extrémités de cette ligne, voire de mesurer une déformation cumulée le long de la ligne de mesure. Selon une forme particulière de réalisation, chaque dispositif de mesure comprend :
■ une fibre optique dont au moins un tronçon est tendu entre deux points de l'élément dont on mesure une déformation,
■ une source lumineuse apte à émettre un signal lumineux à une première extrémité de la fibre optique, et
■ un détecteur apte à mesurer une caractéristique du signal lumineux reçu à une deuxième extrémité de la fibre optique, ladite caractéristique évoluant en fonction d'une longueur de la fibre optique entre ses extrémités. Les dispositifs de mesure à fibre optique présentent de nombreux avantages, parmi lesquels leur fiabilité, leur longévité, et la possibilité de réaliser des mesures sur des distances de plusieurs mètres à un coût relativement faible.
Le tronçon tendu de chaque fibre optique est de préférence précontraint en tension afin de permettre de mesurer une élongation négative de l'élément. Au moins une fibre optique peut être noyée dans l'élément dont on mesure la déformation. Le dispositif de mesure peut ainsi être rendu non visible. Chaque fibre optique noyée dans un élément peut être couplée mécaniquement à cet élément de façon à suivre intimement ses déformations.
Le détecteur de chaque dispositif de mesure peut notamment être relié au module de traitement par une fibre optique de transmission ou par des moyens de liaison sans fil. Ces modes de transmission permettent un transfert de données suffisamment rapide pour considérer que les données sont échangées simultanément entre le module de traitement et les différents dispositifs de mesure. La synchronisation des mesures peut ainsi être réalisée simplement, en envoyant une instruction de déclenchement d'une mesure commune à tous les dispositifs de mesure, et en analysant les mesures correspondantes reçues sensiblement simultanément par le module de traitement. Deux instants particuliers sont considérés comme étant sensiblement simultanés s'ils présentent par exemple un décalage inférieur à une seconde.
Les dispositifs de mesure peuvent être synchronisés entre eux. Les mesures réalisées par les dispositifs de mesure peuvent alors être horodatées, et transmises au module de traitement sans contrainte de temps. En particulier, les mesures ne sont pas nécessairement envoyées simultanément.
La structure dont on mesure des déformations est par exemple un bâtiment. De préférence, au moins l'un des dispositifs de mesure est apte à mesurer des déformations d'un élément appartenant à une ossature de la structure. Au moins l'un des éléments dont on mesure les déformations peut présenter une forme allongée selon une direction longitudinale, l'un des dispositifs de mesure étant apte à mesurer des déformations de cet élément selon la direction longitudinale. Le dispositif de mesure peut aussi mesurer la déformation par flexion de cet élément.
Les dispositifs de mesure peuvent être agencés de manière à pouvoir mesurer une déformation d'un premier élément selon une première direction, et une déformation d'un deuxième élément selon une deuxième direction, non parallèle à la première direction. La probabilité qu'aucun dispositif de mesure ne soit sollicité par une cause de déformation externe est alors réduite. Les dispositifs de mesure peuvent aussi être agencés de manière à pouvoir mesurer, en outre, une déformation d'un troisième élément selon une troisième direction, non parallèle et non coplanaire à la première et à la deuxième direction. Bien entendu, le système de surveillance peut comporter un plus grand nombre de dispositifs de mesure afin de corroborer les résultats de mesure. L'invention a également pour objet un procédé apte à mettre en œuvre le système de surveillance selon l'invention. Le procédé comprend :
■ une étape de mesure des déformations d'une pluralité d'éléments appartenant à une structure, les mesures étant réalisées par les différents dispositifs de mesure à un même instant ou pendant une même période de temps, et
■ une étape d'analyse des mesures consistant à déterminer, en fonction d'une éventuelle corrélation entre ces mesures, si les déformations sont dues à une cause interne à la structure ou à une cause externe. Le système de surveillance selon l'invention présente ainsi l'avantage de pouvoir surveiller, à la fois des déformations d'origine externe à la structure, comme des déformations du sol de surface ou du tréfonds, et des déformations propres à la structure. Autrement dit, le système de surveillance selon l'invention permet d'assurer la sécurité de la structure en fournissant des informations synthétiques à la fois sur l'état de cette structure, et sur la stabilité de son environnement.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, faite en regard de dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 représente, par un schéma synoptique, un exemple de dispositif de mesure pouvant être utilisé dans un système de surveillance selon l'invention ;
- la figure 2 représente un exemple de système de surveillance selon l'invention ;
- la figure 3 représente schématiquement un exemple de bâtiment sur lequel est installé un système de surveillance selon l'invention ;
- la figure 4 représente, par un logigramme, un exemple d'étapes d'un procédé mettant en œuvre le système de surveillance de la figure 3. Les modes de réalisation décrits ci-après étant nullement limitatifs, on pourra notamment considérer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites, par la suite isolées des autres caractéristiques décrites (même si cette sélection est isolée au sein d'une phrase comprenant ces autres caractéristiques), si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique, de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure.
Dans le présent document, on entend par "structure" toute construction reposant sur la surface terrestre en étant liée mécaniquement au sol (sol de surface et tréfonds) par l'intermédiaire de ses fondations. Il s'agit par exemple d'un ouvrage architectural, d'un ouvrage de génie civil tel un pont, d'un édifice, ou d'un bâtiment. La figure 1 représente, par un schéma synoptique, un exemple de dispositif de mesure d'un système de surveillance selon l'invention. Le dispositif de mesure 10 est apte à mesurer des déformations d'un élément d'une structure. Il comprend une fibre optique 1 1 , une source lumineuse 12, et un détecteur 13. Une première extrémité de la fibre optique 1 1 est connectée à la source lumineuse 12 au moyen d'un premier connecteur 14. Une deuxième extrémité de la fibre optique 1 1 est connectée au détecteur 13 au moyen d'un deuxième connecteur 15. La source lumineuse 12 est apte à émettre un signal lumineux dans la fibre optique 1 1 . Le détecteur 13 est apte à recevoir le signal lumineux à la deuxième extrémité de la fibre optique 1 1 , et à mesurer une caractéristique de ce signal lumineux qui soit représentative de la longueur de la fibre optique 1 1 entre ses deux extrémités. La caractéristique mesurée est par exemple l'amplitude du signal lumineux, ou sa durée de transmission entre les deux extrémités de la fibre optique 1 1 . Une élongation d'une fibre optique engendre en effet une atténuation de l'amplitude du signal lumineux transmis par cette fibre optique. De même, une élongation d'une fibre optique implique une durée de transmission plus longue. De manière à pouvoir capter une déformation d'un élément d'une structure, la fibre optique 1 1 doit être couplée mécaniquement avec cet élément au moins sur une partie de sa longueur. Au minimum, la fibre optique 1 1 doit être fixée en deux points de l'élément, de sorte à comporter un tronçon tendu entre ces deux points d'ancrage. Préférentiellement, la fibre optique 1 1 est fixée sur l'élément de manière à ce que le tronçon subisse une tension de précontrainte. Ainsi, le tronçon subit une variation de longueur, en l'occurrence une contraction, même dans le cas où la déformation de l'élément implique un rapprochement des deux points d'ancrage. La fibre optique 1 1 peut être précontrainte sur toute sa longueur, c'est-à-dire entre son extrémité reliée à la source lumineuse 12, et son extrémité reliée au détecteur 13. Dans le but d'augmenter la sensibilité de la fibre optique 1 1 , il est possible de la disposer de manière à ce qu'elle effectue au moins deux fois le parcours entre les deux points d'ancrage. Autrement dit, la fibre optique 1 1 peut comporter plusieurs tronçons tendus parallèles. Lorsque la fibre optique 1 1 effectue le parcours entre les points d'ancrage un nombre pair de fois, la source lumineuse 12 et le détecteur 13 peuvent être réunis dans un même module physique, comme représenté sur la figure 1 . Par ailleurs, l'une des extrémités physiques de la fibre optique peut être couplée à un réflecteur réfléchissant le signal lumineux parcourant la fibre optique. La deuxième extrémité physique est alors utilisée à la fois pour l'émission et la réception du signal lumineux. Plus généralement, le dispositif de mesure est au moins apte à mesurer une distance ou une variation de distance entre deux points d'un élément d'une structure. Il comporte à cet effet une ligne de mesure faisant office d'élément sensible. La ligne de mesure peut consister en une fibre optique, comme dans l'exemple de la figure 1 , ou en un fil résistif dont la résistance varie en fonction de sa longueur. Elle peut aussi consister en un faisceau lumineux non guidé dont on mesure le temps de parcours entre deux points. Par rapport au fil résistif, la fibre optique présente néanmoins l'avantage de permettre des mesures dites instantanées, c'est-à-dire sur une durée très inférieure à la durée du phénomène observé. Dans le cas d'un phénomène vibratoire, la durée considérée correspond à la durée de la période ou de la pseudo-période de ce phénomène. En l'occurrence, un phénomène vibratoire du sol présente typiquement une période de l'ordre d'un dixième de seconde à quelques secondes. Par rapport à un faisceau lumineux non guidé, la fibre optique présente l'avantage de pouvoir mesurer des déformations de surfaces courbes. En outre, aucun alignement n'est nécessaire entre la source lumineuse et le détecteur. La fibre optique présente aussi l'avantage de permettre une mesure dite "en base longue". Cette expression signifie que la déformation de l'élément sur lequel est installée la fibre optique est appréhendée à l'échelle macroscopique sur une distance de l'ordre du mètre, du décamètre ou de l'hectomètre, par captation cumulée des phénomènes locaux sur un tronçon de l'élément jugé critique. La mesure est ainsi représentative de la déformation d'ensemble de l'élément. La mesure en base longue s'oppose à une mesure locale ou ponctuelle, par exemple obtenue par une jauge de contrainte ou un inclinomètre. La fibre optique se présente ainsi comme un capteur multicritère.
Le dispositif de mesure selon l'invention comporte, en outre, des moyens de commande 16 et des moyens de communication 17. Les moyens de commande 16 permettent de déclencher une mesure en commandant la source lumineuse 12 et le détecteur 13. Pour chaque mesure, un signal lumineux est émis à la première extrémité de la fibre optique 1 1 , et une caractéristique de ce signal lumineux est mesurée par le détecteur 13. La caractéristique du signal lumineux peut être mesurée sur une durée très courte, par exemple inférieure à un centième de seconde. On parle dans ce cas de mesure instantanée. Elle peut aussi être mesurée sur une durée de plusieurs secondes, voire en continu, afin de surveiller en permanence la déformation de l'élément. L'élément peut alors être suivi à la fois de manière statique et dynamique. La caractéristique mesurée, par exemple la durée de parcours ou l'amplitude du signal lumineux reçu par le détecteur 13, peut être comparée à une valeur de référence ou à un signal de référence, afin de déterminer la longueur ou la variation de longueur de la fibre optique 1 1 . La comparaison est effectuée par des moyens de calcul, par exemple intégrés au détecteur 13. Les moyens de communication 17 permettent d'échanger des données avec un dispositif extérieur. Ils peuvent notamment permettre de recevoir une instruction de déclenchement d'une mesure, et d'envoyer des données relatives à chaque mesure effectuée. Il peut s'agir d'une donnée relative à la caractéristique mesurée du signal lumineux, ou d'une donnée relative au résultat de la comparaison à une valeur ou à un signal de référence. Selon une forme particulière de réalisation, l'envoi de données est réalisé uniquement dans certaines conditions, par exemple lorsque la caractéristique mesurée franchit un seuil prédéterminé, représentatif d'une déformation critique. La communication entre les moyens de communication 17 et le dispositif extérieur peut être filaire ou sans fil. Elle peut en particulier être réalisée au moyen d'une fibre optique de transmission. La figure 2 représente un exemple de système de surveillance selon l'invention. Le système de surveillance 20 comprend un module de traitement 21 et un ensemble de dispositifs de mesure 10A, 10B, 10C. Le module de traitement 21 comprend des moyens de calcul 21 1 , et des moyens de communication 212. Chaque dispositif de mesure 10A, 10B, 10C est apte à mesurer des déformations d'un élément d'une structure. De préférence, les dispositifs de mesure 10A, 10B, 10C sont installés de manière à pouvoir mesurer des déformations d'éléments appartenant à l'ossature de la structure surveillée. La sécurité d'une structure dépend en effet essentiellement de ces éléments. En outre, ces éléments sont généralement ceux qui sont le plus influencés par les sollicitations externes, par exemple des déformations du sol. On considère pour la suite de la description que les dispositifs de mesure 10A, 10B, 10C comprennent les mêmes éléments que le dispositif de mesure 10 décrit en référence à la figure 1 . La fibre optique 1 1A, 1 1 B, 1 1 C de chaque dispositif de mesure 10A, 10B, 10C est fixée à un élément en deux points d'ancrage 1 1 1 A et 1 12A, 1 1 1 B et 1 12B, et 1 1 1 C et 1 12C, respectivement, de manière à comporter deux tronçons tendus parallèles. Selon l'invention, on cherche à identifier et/ou à analyser une corrélation entre les mesures de différents dispositifs de mesure. Les mesures doivent ainsi être analysées à un même instant ou sur une même période de temps. Deux instants de mesure sont considérés comme identiques ou sensiblement simultanés s'ils présentent un décalage inférieur à une seconde, préférentiellement inférieur à 10 millisecondes. L'expression "même période de temps" signifie que le décalage temporel entre deux instants équivalents est très faible par rapport au phénomène observé, par exemple de l'ordre de un pour cent. À titre d'exemple, deux périodes de temps s'étalant entre un instant initial et un instant final sont considérées identiques si à la fois la durée entre l'instant initial de la première période de temps et l'instant initial de la deuxième période de temps, et la durée entre l'instant final de la première période de temps et l'instant final de la deuxième période de temps sont très courtes par rapport au phénomène observé. Par exemple, les instants particuliers de deux périodes de temps sont considérés comme étant sensiblement simultanés s'ils présentent un décalage inférieur à une seconde, préférentiellement inférieur à 10 millisecondes. L'analyse des différentes mesures à un même instant ou sur une même période de temps peut notamment être effectuée en synchronisant les différents dispositifs de mesure. En l'occurrence, les dispositifs de mesure 10A, 10B, 10C peuvent être synchronisés par rapport au module de traitement 21 via les moyens de communication 17A, 17B, 17C des dispositifs de mesure 10A, 10B, 10C, et les moyens de communication 212 du module de traitement 21 . Une instruction de déclenchement peut être émise par le module de traitement 21 , et reçue par chaque dispositif de mesure 10A, 10B, 10C. Les moyens de communication 17A, 17B, 17C et 212 sont alors de préférence des moyens de communication sans fil ou des moyens de communication par liaison optique, afin de limiter les décalages temporels entre les instants de réception de l'instruction de déclenchement par les différents dispositifs de mesure. Il est toutefois à noter que ces décalages temporels pourraient être compensés par un procédé approprié. Dans le cas particulier où les dispositifs de mesure émettent en continu le résultat de la mesure au module de traitement 21 , les différents dispositifs de mesure n'ont pas besoin d'être synchronisés en tant que tels. Seules les mesures doivent être synchronisées.
La figure 3 représente schématiquement, dans une vue en perspective, un exemple de bâtiment sur lequel est installé un système de surveillance selon l'invention. Sur cette figure, seule une partie de l'ossature du bâtiment est représentée. Le bâtiment 30 comprend des poteaux ou piliers 31 verticaux, une dalle de plancher 32, une dalle de plafond 33, et des poutres 34 horizontales reliant mécaniquement les piliers 31 . Les dalles 32 et 33 prennent appui sur les piliers 31 , eux-mêmes en appui sur des semelles 35 s'étendant dans un plan horizontal. Dans l'exemple de la figure 3, le bâtiment 30 présente une forme globale sensiblement parallélépipédique. Deux semelles 35 s'étendent alors parallèlement à un premier axe X du plan horizontal, et deux autres semelles 35 s'étendent parallèlement à un deuxième axe Y du plan horizontal, perpendiculaire au premier axe X. Les semelles 35 sont couplées mécaniquement au sol, et plus particulièrement au sol de surface. Par couplage mécanique, on entend une liaison mécanique telle que les semelles 35 suivent sensiblement les déformations du sol. Les piliers 31 , les dalles de plancher 32, 33, les poutres 34 et les semelles 35 forment des éléments de l'ossature du bâtiment 30.
Dans l'exemple de la figure 3, le bâtiment 30 est équipé d'un système de surveillance 40 comprenant un module de traitement 21 et trois dispositifs de mesure 41 A, 41 B et 41 C. La fibre optique 41 1 A, 41 1 B, 41 1 C de chaque dispositif de mesure peut être précontrainte sur toute sa longueur entre la source lumineuse respective 412A, 412B, 412C, et le détecteur respectif 413A, 413B, 413C. Un premier dispositif de mesure 41A est installé sur une poutre 34, l'axe longitudinal de sa fibre optique 41 1 A étant orienté parallèlement à l'axe X. Un deuxième dispositif de mesure 41 B est installé sur la dalle de plancher 32, l'axe longitudinal de sa fibre optique 41 1 B étant orienté parallèlement à l'axe Y. De préférence, les fibres optiques 41 1 A et 41 1 B sont disposées sur une face inférieure de la poutre 34 et de la dalle de plancher 32. Elles permettent ainsi de suivre une déformation de ces éléments par flexion sous l'effet d'une force de gravité. Un troisième dispositif de mesure 41 C est installé sur un pilier 31 , l'axe longitudinal de sa fibre optique 41 1 C étant orienté parallèlement à un troisième axe Z, perpendiculaire aux axes X et Y. La disposition des fibres optiques 41 1 A, 41 1 B, 41 1 C le long de trois axes définissant un repère direct permet potentiellement de surveiller des déformations du bâtiment, dans les trois directions de l'espace. Sur la figure 3, les fibres optiques 41 1 A, 41 1 B, 41 1 C sont représentées comme étant disposées sur la surface d'un élément. Les fibres optiques pourraient néanmoins être noyées dans un élément. Par exemple, la fibre optique 41 1 B pourrait être noyée dans la dalle de plancher 32. Dans un tel cas, la fibre optique est de préférence couplée mécaniquement à l'élément dans lequel elle est noyée, de façon à suivre intimement les déformations de cet élément. Par ailleurs, le système de surveillance selon l'invention pourrait comporter un nombre différent de dispositifs de mesure. En tout état de cause, il doit comporter au moins deux dispositifs de mesure afin de pouvoir déterminer une éventuelle corrélation entre les déformations de deux éléments distincts de la structure. Ces deux éléments définissent des points de suivi des déformations. Ces points de suivi sont de préférence déterminés de manière à réaliser un échantillonnage du bâtiment et/ou du sol que l'on souhaite observer. Avantageusement, les dispositifs de mesure (et plus particulièrement les lignes de mesure formées par exemple par des fibres optiques) sont disposés au voisinage du ou des axes de symétrie d'un bâtiment. La symétrie d'un bâtiment est de préférence prise en considération par rapport à l'emprise du bâtiment avec le sol. Autrement dit, les lignes de mesure sont avantageusement disposées le long du ou des axes de symétrie des fondations d'un bâtiment. Les dispositifs de mesure peuvent être installés de manière à mesurer les déformations d'éléments appartenant à une même structure, ou à des structures distinctes. Par l'expression "structures distinctes", on entend des structures reliées mécaniquement entre elles uniquement par le sol. L'installation du système de surveillance sur plusieurs structures permet non seulement de déterminer l'étendue et l'ampleur d'une sollicitation externe, mais aussi de s'assurer de l'absence d'une interaction entre deux éléments d'une même structure subissant simultanément une déformation sous l'effet d'une sollicitation externe. Il est en effet possible que l'application d'une charge sur un élément entraîne une déformation de l'ensemble des éléments mesurés de la structure. Le système de surveillance peut par exemple comporter des dispositifs de mesure installés sur des bâtiments adjacents, par exemple une pluralité de bâtiments d'un quartier dans une commune. Les dispositifs de mesure peuvent aussi être installés sur des bâtiments appartenant à différents quartiers d'une commune. Dans une telle situation, le système de surveillance comporte un maillage de dispositifs de mesure. Ce maillage peut être plus ou moins dense, plus ou moins étendu, régulier ou non. Il peut également s'enrichir au fur et à mesure du temps, permettant ainsi de fournir des résultats avec une meilleure précision et une couverture de plus en plus large.
Le système de surveillance selon l'invention permet d'identifier une déformation potentielle d'au moins deux éléments d'une structure. En analysant les mesures réalisées sur ces deux éléments à un même instant ou pendant une même période de temps, il est possible de déduire l'origine des sollicitations ayant causé la déformation des éléments. En particulier, lorsque seul l'un des éléments mesurés subit une déformation à un instant donné, il est probable que l'origine de cette déformation soit interne à la structure comprenant cet élément. En l'occurrence, la déformation peut être due à une modification des sollicitations internes, comme les charges supportées par la structure, et/ou à une évolution de la structure. La structure peut évoluer du fait d'un vieillissement des matériaux, mais aussi par une modification de son architecture, par exemple le retrait d'un mur porteur ou l'ajout d'un étage. Les sollicitations internes à la structure et les modifications de la structure sont désignées de manière générique par l'expression "causes internes". À l'inverse, lorsque plusieurs éléments mesurés subissent une déformation à un même instant, il est probable que l'origine de ces déformations soit due à une sollicitation externe de la structure. Les sollicitations externes sont notamment dues aux conditions climatiques (vent, température, humidité, etc.), et à la déformation du sol supportant la structure (sol de fondation). Le sol peut être déformé en profondeur et/ou en surface, ou être soumis à des vibrations, par exemple du fait de la proximité d'un chantier ou d'une voie ferrée. Les déformations du sol peuvent notamment provenir du tréfonds, par exemple en présence de vides géologiques ou de nappes phréatiques, ou du voisinage de la structure, par exemple en cas de fouilles à proximité de la structure. L'information logique binaire (présence d'une déformation ou absence d'une déformation) est une manière simple de déterminer une corrélation entre les déformations de différents éléments. Le système de surveillance peut néanmoins réaliser une analyse plus fine et établir une corrélation entre les différentes déformations par la nature respective de ces déformations, à savoir une déformation permanente, évolutive ou vibratoire, ainsi que par leur ampleur. En particulier, lorsque les éléments mesurés subissent des déformations d'ampleur et de nature différentes, il est probable que l'origine de ces déformations soit interne à la structure comprenant ces éléments. À l'inverse, lorsque les éléments mesurés subissent des déformations d'ampleur et/ou de nature similaires, il est probable que l'origine de ces déformations soit externe à la structure. Dans le but d'analyser encore plus finement la corrélation entre les déformations des différents éléments d'une même structure, le module de traitement du système de surveillance peut recourir à une modélisation de la structure.
La figure 4 représente, par un logigramme, un exemple d'étapes d'un procédé mettant en œuvre le système de surveillance selon l'invention. On considère à titre d'exemple une mise en œuvre du système de surveillance 40 de la figure 3. Dans une première étape 51 , le module de traitement 21 envoie une instruction de déclenchement d'une mesure. Cette instruction de déclenchement peut notamment contenir une donnée relative à la durée de la mesure à effectuer. L'instruction de déclenchement est reçue par chacun des dispositifs de mesure 41 A, 41 B, 41 C dans une étape 52. Dans une étape 53, la source lumineuse 412A, 412B, 412C de chaque dispositif de mesure émet un signal lumineux dans la fibre optique respective 41 1 A, 41 1 B, 41 1 C. Dans une étape 54, les détecteurs 413A, 413B, 413C reçoivent chacun un signal lumineux, et mesurent une caractéristique de ce signal lumineux. Comme indiqué précédemment, la caractéristique peut être une amplitude du signal lumineux, ou une durée de transmission du signal lumineux entre la source lumineuse 412A, 412B, 412C et le détecteur respectif 413A, 413B, 413C. Le signal lumineux peut être monofréquence, s'étaler sur une bande de fréquences, ou encore être composé de plusieurs signaux monofréquences. Par ailleurs, chaque fibre optique 41 1 A, 41 1 B, 41 1 C peut être une fibre monomode ou multimode. Ainsi, la caractéristique mesurée par chaque détecteur 413A, 413B, 413C peut en réalité résulter d'une combinaison de caractéristiques. Dans une étape 55, les caractéristiques mesurées par les différents détecteurs 413A, 413B, 413C sont envoyées au module de traitement 21 . Les différentes caractéristiques sont alors analysées par le module de traitement 21 dans une étape 56 afin de déterminer si les déformations des différents éléments sont corrélées. La corrélation peut être établie en fonction du nombre d'éléments ayant subi une déformation (un seul versus plusieurs éléments), en fonction de la nature des déformations, et/ou en fonction de l'ampleur des déformations. Le module de traitement 21 analyse ainsi si les différents éléments sont déformés simultanément en raison d'une cause interne ou d'une cause externe au bâtiment. La sollicitation externe peut notamment résulter d'une déformation de l'échantillon de sol sur lequel est implanté le bâtiment. L'étape 56 peut également consister à déterminer, le cas échéant, l'ampleur et/ou l'étendue de la déformation du sol. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. De plus, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l'invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Système de surveillance de déformations au sein d'une structure (30), caractérisé en ce qu'il comprend :
■ un ensemble de dispositifs de mesure (10, 41 A, 41 B, 41 C) chacun apte à mesurer des déformations d'un élément (31 , 32, 34) appartenant à la structure (30), et
■ un module de traitement (21 ) apte à analyser les mesures réalisées par les différents dispositifs de mesure (10, 41 A, 41 B, 41 C) à un même instant ou pendant une même période de temps, de manière à déterminer, en fonction d'une éventuelle corrélation entre les mesures, si les déformations sont dues à une cause interne ou à une cause externe à la structure.
2. Système selon la revendication 1 , dans lequel les causes internes comprennent au moins l'une des causes suivantes : un poids propre de la structure, une application d'une charge sur la structure, une modification de la structure, un vieillissement d'un matériau d'un élément de la structure.
3. Système selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel la structure (30) est liée mécaniquement à un échantillon de sol, les causes externes comprenant au moins une déformation de l'échantillon de sol.
4. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les causes externes comprennent au moins des conditions climatiques.
5. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque dispositif de mesure (10, 41A, 41 B, 41 C) comprend :
■ une fibre optique (1 1 , 41 1 A, 41 1 B, 41 1 C) dont au moins un tronçon est tendu entre deux points de l'élément (31 , 32, 34) dont on mesure une déformation,
■ une source lumineuse (12, 412A, 412B, 412C) apte à émettre un signal lumineux à une première extrémité de la fibre optique (1 1 , 41 1 A, 41 1 B, 41 1 C), et
■ un détecteur (13, 413A, 413B, 413C) apte à mesurer une caractéristique du signal lumineux reçu à une deuxième extrémité de la fibre optique (1 1 , 41 1 A, 41 1 B, 41 1 C), ladite caractéristique évoluant en fonction d'une longueur de la fibre optique entre ses extrémités.
6. Système selon la revendication 5, dans lequel le tronçon tendu de chaque fibre optique (1 1 , 41 1 A, 41 1 B, 41 1 C) est précontraint en tension.
7. Système selon l'une des revendications 5 et 6, dans lequel le détecteur (13, 413A, 413B, 413C) de chaque dispositif de mesure est relié au module de traitement (21 ) par une fibre optique de transmission.
8. Système selon l'une des revendications 5 et 6, dans lequel le détecteur (13, 413A, 413B, 413C) de chaque dispositif de mesure est relié au module de traitement (21 ) par des moyens de liaison sans fil (17, 212).
9. Système selon l'une des revendications 5 à 8, dans lequel au moins une fibre optique (1 1 , 41 1 A, 41 1 B, 41 1 C) est noyée dans l'élément (31 , 32, 34) dont on mesure la déformation.
10. Système selon la revendication 9, dans lequel chaque fibre optique (1 1 , 41 1 A, 41 1 B, 41 1 C) noyée dans un élément (31 , 32, 34) est couplée mécaniquement à cet élément de façon à suivre intimement ses déformations.
1 1 . Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les dispositifs de mesure (10, 41 A, 41 B, 41 C) sont synchronisés entre eux.
12. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la structure est un bâtiment (30).
13. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins l'un des dispositifs de mesure (10, 41 A, 41 B, 41 C) est apte à mesurer des déformations d'un élément (31 , 32, 33, 34, 35) appartenant à une ossature de la structure (30).
14. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins l'un des éléments (31 , 32, 34) dont on mesure les déformations présente une forme allongée selon une direction longitudinale, l'un des dispositifs de mesure (10, 41 A, 41 B, 41 C) étant apte à mesurer des déformations de cet élément selon la direction longitudinale.
15. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les dispositifs de mesure (10, 41 A, 41 B, 41 C) sont agencés de manière à pouvoir mesurer des déformations d'éléments appartenant à deux structures reliées mécaniquement entre elles uniquement par un échantillon de sol.
16. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les dispositifs de mesure (41 A, 41 B, 41 C) sont agencés de manière à pouvoir mesurer une déformation d'un premier élément (34) selon une première direction, et une déformation d'un deuxième élément (32) selon une deuxième direction, non parallèle à la première direction.
17. Système selon la revendication 16, dans lequel les dispositifs de mesure sont agencés de manière à pouvoir mesurer, en outre, une déformation d'un troisième élément (31 ) selon une troisième direction, non parallèle et non coplanaire à la première et à la deuxième direction.
18. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le module de traitement (21 ) analyse l'éventuelle corrélation entre les mesures en fonction de leur nature et/ou de leur ampleur.
19. Procédé de surveillance de déformations au sein d'une structure, caractérisé en ce qu'il comprend :
■ une étape (53, 54) de mesure des déformations d'une pluralité d'éléments (31 , 32, 34) appartenant à la structure (30), les mesures étant réalisées par les différents dispositifs de mesure (10, 41 A, 41 B, 41 C) à un même instant ou pendant une même période de temps, et
■ une étape (56) d'analyse des mesures consistant à déterminer, en fonction d'une éventuelle corrélation entre les mesures, si les déformations sont dues à une cause interne ou à une cause externe à la structure.
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